探索MAX9791/MAX9792：Windows Vista兼容的音頻放大器解決方案

最近在音頻放大器的選型和設(shè)計(jì)中，我對(duì)Maxim推出的MAX9791/MAX9792這兩款芯片進(jìn)行了深入研究。這兩款芯片不僅滿足了Windows Vista Premium的標(biāo)準(zhǔn)，還在多個(gè)方面展現(xiàn)出了卓越的性能和創(chuàng)新的設(shè)計(jì)，特別適合應(yīng)用于筆記本電腦、平板電腦和便攜式多媒體播放器等設(shè)備中。今天就和大家分享一下我對(duì)這兩款芯片的了解和使用心得。

文件下載：MAX9791.pdf

芯片概述

集成功能

MAX9791集成了立體聲2W D類功率放大器、立體聲180mW DirectDrive耳機(jī)放大器以及120mA的低壓差（LDO）線性穩(wěn)壓器；而MAX9792則將單聲道3W D類功率放大器、立體聲180mW DirectDrive耳機(jī)放大器和120mA LDO線性穩(wěn)壓器集成于一體，高度的集成度使得這兩款芯片在節(jié)省電路板空間方面表現(xiàn)出色。

主要特性

• DirectDrive架構(gòu)：這是Maxim的一項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)，能夠在單電源下產(chǎn)生接地參考輸出，無需使用大型直流阻斷電容，從而降低了成本、節(jié)省了電路板空間并減小了元件高度。同時(shí)，高達(dá)107dB的直流電源抑制比（PSRR）和低至0.006%的總諧波失真加噪聲（THD+N），確保了音頻信號(hào)的干凈、低失真放大。
• 接地感應(yīng)功能：該功能可以感應(yīng)并校正輸出插孔接地與設(shè)備信號(hào)接地之間的電壓差，有效減少耳機(jī)放大器的串?dāng)_和接地環(huán)路噪聲，特別是在輸出插孔作為線路輸出連接到其他接地設(shè)備時(shí)，優(yōu)勢(shì)更加明顯。
• 低射頻敏感度：使得放大器能夠在無線應(yīng)用附近穩(wěn)定工作，其采用的擴(kuò)頻調(diào)制和有源發(fā)射限制電路，不僅降低了電磁干擾（EMI），還在業(yè)界領(lǐng)先的咔嗒聲和爆音抑制技術(shù)的支持下，消除了上電和關(guān)斷周期中的可聽瞬態(tài)。
• 喚醒功能：MAX9791/MAX9792的“喚醒嗶聲”功能可以在檢測(cè)到合格的嗶聲信號(hào)時(shí)喚醒揚(yáng)聲器和耳機(jī)放大器，為設(shè)備的節(jié)能設(shè)計(jì)提供了便利。
• 獨(dú)立控制和保護(hù)功能：通過獨(dú)立的揚(yáng)聲器和耳機(jī)放大器控制輸入，可以分別對(duì)揚(yáng)聲器和耳機(jī)放大器進(jìn)行關(guān)閉操作，同時(shí)LDO也可以獨(dú)立于音頻放大器進(jìn)行啟用。此外，芯片還具備熱過載和輸出短路保護(hù)功能，提高了設(shè)備的可靠性。

技術(shù)亮點(diǎn)剖析

D類揚(yáng)聲器放大器

高效節(jié)能

傳統(tǒng)的AB類放大器在正常工作水平下效率往往低于45%，而MAX9791/MAX9792的D類放大器由于輸出級(jí)晶體管的開關(guān)操作，理論上效率更高。在正常的音樂播放水平下，這兩款芯片的效率可達(dá)到67%，相比AB類放大器有了顯著提升。

低EMI輸出級(jí)

傳統(tǒng)D類放大器由于上升和下降沿過渡的高dv/dt會(huì)導(dǎo)致EMI發(fā)射增加，通常需要外部LC濾波器或屏蔽來滿足EMI法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)，但這會(huì)降低效率。而MAX9791/MAX9792的有源發(fā)射限制電路可以主動(dòng)限制上升和下降沿過渡的dv/dt，在保持高達(dá)83%效率的同時(shí)，有效降低了EMI發(fā)射。此外，擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)還可以使寬帶頻譜分量更加平坦，減少開關(guān)頻率諧波處的峰值能量。

電流限制

當(dāng)揚(yáng)聲器放大器的輸出電流超過電流限制（典型值為2A）時(shí)，芯片會(huì)暫時(shí)禁用輸出約100μs，然后重新啟用。如果故障仍然存在，會(huì)持續(xù)進(jìn)行禁用和重新啟用操作，直到故障消除，從而保護(hù)了芯片和外部設(shè)備。

DirectDrive耳機(jī)放大器

傳統(tǒng)的單電源耳機(jī)放大器通常需要使用大型耦合電容來阻擋直流偏置，否則會(huì)導(dǎo)致不必要的功率損耗和可能的設(shè)備損壞。而MAX9791/MAX9792采用DirectDrive架構(gòu)，通過電荷泵產(chǎn)生內(nèi)部負(fù)電源電壓，使耳機(jī)輸出能夠以GND為偏置，無需使用大型直流阻斷電容。這樣不僅節(jié)省了電路板空間和成本，還改善了耳機(jī)放大器的頻率響應(yīng)。

低噪聲電荷泵

電荷泵的標(biāo)稱開關(guān)頻率為530kHz，超出了音頻范圍，不會(huì)對(duì)音頻信號(hào)產(chǎn)生干擾。開關(guān)驅(qū)動(dòng)器的受控開關(guān)速度可以最大程度地減少開關(guān)瞬變產(chǎn)生的噪聲，同時(shí)限制電荷泵的開關(guān)速度還可以降低寄生走線電感引起的di/dt噪聲。

設(shè)計(jì)應(yīng)用要點(diǎn)

增益設(shè)置

揚(yáng)聲器放大器的增益可以通過外部輸入電阻與內(nèi)部反饋電阻（RFSPKR）來設(shè)置，公式為 (AVSPKR = -4(frac{20 k Omega}{R{IN 1}}) V / V)。例如，當(dāng)RIN1為20kΩ時(shí)，增益為4V/V，即12dB。耳機(jī)放大器的增益設(shè)置方式類似，使用公式 (A{VHP}= -(frac{40.2 k Omega}{R_{IN 2}}) V / V)，當(dāng)RIN2為40.2kΩ時(shí)，增益為1V/V，即0dB。

電源供應(yīng)

揚(yáng)聲器放大器由PVDD供電，電壓范圍為2.7V至5.5V；耳機(jī)放大器由HPVDD和CPVSS供電，HPVDD為正電源，范圍同樣是2.7V至5.5V，CPVSS為負(fù)電源，由電荷泵將HPVDD電壓反轉(zhuǎn)得到。AVDD為LDO和芯片的其余部分供電，AVDD和PVDD必須連接在一起。如果啟用LDO，則需要根據(jù)電氣特性表中的線性調(diào)節(jié)行設(shè)置AVDD和PVDD。

元件選擇

輸入濾波電容

輸入電容（CIN）與放大器輸入電阻（RIN）組成高通濾波器，用于去除輸入信號(hào)中的直流偏置。選擇合適的CIN_值，使 -3dB點(diǎn)遠(yuǎn)低于感興趣的最低頻率，同時(shí)要選擇電壓系數(shù)足夠低的電容，以避免低頻失真。

電荷泵電容

為了獲得最佳性能，應(yīng)選擇等效串聯(lián)電阻（ESR）小于100mΩ的電容。建議使用X7R電介質(zhì)的陶瓷電容，以確保在擴(kuò)展溫度范圍內(nèi)的性能穩(wěn)定。飛行電容（C1）的電容值會(huì)影響電荷泵的負(fù)載調(diào)節(jié)和輸出電阻，應(yīng)連接一個(gè)1μF的電容在C1P和C1N之間。電荷泵輸出電容（C2）和LDO輸出電容（CLDO）也需要根據(jù)電壓選項(xiàng)選擇合適的電容值。

可選鐵氧體磁珠濾波器

在揚(yáng)聲器引線超過15cm的應(yīng)用中，可以使用由鐵氧體磁珠和接地電容組成的濾波器來提供額外的EMI抑制。選擇鐵氧體磁珠時(shí)，應(yīng)選擇直流電阻低、高頻（> 1.2 MHz）阻抗在100至600Ω之間且額定電流至少為1A的產(chǎn)品。電容值應(yīng)根據(jù)鐵氧體磁珠的選擇和實(shí)際揚(yáng)聲器引線長度進(jìn)行調(diào)整，以優(yōu)化EMI性能。

布局和接地

正確的布局和接地對(duì)于獲得最佳性能至關(guān)重要。應(yīng)使用大走線來連接電源輸入和放大器輸出，以減少寄生走線電阻引起的損耗，并將熱量從芯片中散發(fā)出去。良好的接地可以提高音頻性能，減少通道間的串?dāng)_，并防止開關(guān)噪聲耦合到音頻信號(hào)中。PGND和GND應(yīng)在PCB上的單點(diǎn)連接，并將PGND和所有攜帶開關(guān)瞬變的走線遠(yuǎn)離GND以及音頻信號(hào)路徑中的走線和元件。同時(shí)，將電荷泵電容（C1、C2）盡可能靠近芯片放置，并將旁路電容靠近芯片連接。在PCB的頂層或底層為所有信號(hào)走線添加接地填充，可以提高芯片的射頻抗干擾能力。

總結(jié)

MAX9791/MAX9792以其豐富的功能和出色的性能，為音頻設(shè)計(jì)提供了一種高效、可靠且節(jié)省空間的解決方案。無論是在音頻質(zhì)量、EMI抑制還是功耗管理方面，這兩款芯片都表現(xiàn)出色。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，我們需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求，合理選擇元件和進(jìn)行布局設(shè)計(jì)，以充分發(fā)揮芯片的優(yōu)勢(shì)。大家在使用這兩款芯片的過程中，有沒有遇到過什么特別的問題或者有一些獨(dú)特的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)?zāi)?？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。